多层膜单元的传热系数K值

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多层膜单元的传热系数K值



膜结构应用在有保温隔热需求的建筑上时，可以采用双层膜或多层膜的构造方式，也可在两层膜之间夹保温材料。多层膜的传热系数可由试验测定；也可以按下面的计算方法，初步确定。



单一匀质材料层的热阻计算公式：

R =δ / λ

式中：

R：材料层的热阻 (m2·K)/W

δ：材料层的厚度 (m)

λ：材料层的导热系数 W/(m·K)


多层匀质材料层组成的围护结构平壁的热阻计算公式：

R = R1+ R2 +......+ Rn

式中：

R1，R2，.....Rn：各层材料的热阻 (m2·K)/W



围护结构平壁的传热阻计算公式：
Ro= Ri + R + Re
式中：
Ro：围护结构的传热阻 (m2·K)/W
Ri：内表面换热阻 (m2·K)/W
Re：外表面换热阻 (m2·K)/W
R：围护结构平壁的热阻 (m2·K)/W

围护结构平壁的传热系数计算公式：

K= 1 / Ro

式中：

K：围护结构平壁传热系数 W/(m2·K)

Ro：围护结构的传热阻 (m2·K)/W


下面例举三种类型的膜单元传热系数K值的计算过程

一、三层ETFE的气枕膜单元的K值

图片

假设气枕的外层膜厚度0.35mm，中层膜厚度0.15mm，内层膜厚度0.25mm，ETFE膜材的导热系数λ=0.1 W/m∙K。
三层膜材的热阻：
R1= δ / λ=0.00035/0.1=0.0035 (m2·K) /W
R2= δ / λ=0.00015/0.1=0.0015 (m2·K) /W
R3= δ / λ=0.00025/0.1=0.0025 (m2·K) /W
空气层热阻Rg=0.17 (m2·K) /W
内表面换热阻Ri=0.115 (m2·K)/W
外表面换热阻Re=0.043 (m2·K)/W
则：
此气枕膜单元总热阻：
R0=Ri+R1+Rg+R2+Rg+R3+Re=0.115+0.0035+0.17+0.0015+0.17+0.0025+0.043=0.5055 (m2·K) /W
此气枕膜单元的传热系数：
K=1/R0=1/0.5055= 2.0 W/(m2·K)
以此类推，可以计算出
双层气枕膜单元的传热系数约为3.0 W/(m2·K)，
四层气枕膜单元的传热系数约为1.5 W/(m2·K)，
单层ETFE膜单元的传热系数约为6.2 W/(m2·K)。

二、双层膜+保温层的气承膜单元的K值

图片

假设气承式膜结构的外膜和内膜均为P类膜材，保温层为50mm厚的双面覆铝箔玻璃纤维保温棉。
外膜和内膜热阻：R1= R3=0.01 (m2·K) /W
保温层热阻：R2= 0.05/0.042=1.19 (m2·K) /W
内表面换热阻Ri=0.115 (m2·K)/W
外表面换热阻Re=0.043 (m2·K)/W
则：
此气承膜单元总热阻：
R0=Ri+R1+R2+R3+Re=0.115+0.01+1.19+0.01+0.043=1.368 (m2·K) /W
此气承膜单元的传热系数：
K=1/R0=1/1.368= 0.73 W/(m2·K)

三、外膜+空气层+气凝胶内膜的张拉膜单元K值

图片

假设张拉膜结构的外膜为G类膜材，空气层厚度1000mm，内膜为厚度16mm的气凝胶复合保温膜。
则：
外膜热阻：R1=0.01 (m2·K) /W
内膜热阻：R2=1.316 (m2·K) /W
空气层热阻Rg=0.71 (m2·K) /W
内表面换热阻Ri=0.115 (m2·K)/W
外表面换热阻Re=0.043 (m2·K)/W
则：
此张拉膜单元总热阻：
R0=Ri+R1+Rg+R2+Re=0.115+0.01+0.71+1.316+0.043=2.194 (m2·K) /W
此张拉膜单元的传热系数：
K=1/R0=1/2.194= 0.46 W/(m2·K)